工程材料-刘天模-作业答案

第一章作业P14：1.

一铜棒的最大拉应力为70Mpa，若要承受2000kgf(19.614kN)的拉伸载荷，它的直径是多少？答：直径为18.9mm（注意单位换算，1兆帕=1牛顿每平方毫米）。

5.零件设计时，是选取σ0.2（σs）还是选取σb

，应以什么情况为依据？答：当零件不能断裂时，以抗拉强度为依据；当零件不能产生塑性变形时，以屈服强度为依据。

7常用的测量硬度的方法有几种？其应用范围如何？答：常用硬度测试方法有布氏硬度HBS和洛氏硬度HRC；HES测试范围是450以下，主要是硬度比较低的材料，如退火钢、正火钢、有色金属、灰口铸铁等；HRC测试范围是20～67，主要是硬度比较高的材料，如淬火钢、硬质合金等。

第二章作业

P39：1.

从原子结合的观点来看，金属、高分子材料和陶瓷材料有何主要区别？在性能上有何表现？答：金属材料：按金属键方式结合，因而具有良好的导电、导热性、塑性等；陶瓷材料：按离子键（大多数）和共价键方式结合，稳定性高，具有很高的熔点、硬度、耐腐蚀性；高分子材料：按共价键、分子键、氢键方式结合，具有一定的力学性能。

3.简述金属常见的三种晶体结构的基本特点。答：体心立方：原子数2、配位数8、致密度0.68；面心立方：原子数4、配位数12、致密度0.74；密排六方：原子数6、配位数12、致密度0.74。

补充题：1.

陶瓷材料的显微组织由哪几部分构成？答：晶相、玻璃相、气相。

2高分子材料的大分子链有几种空间形态？其性能如何？答：线型（包括带支链的线型）：通常呈卷曲状，特点是弹性高、可塑性好，是热塑性高聚物；

网体型：呈三维网络结构，特点是硬度高、脆性大、耐热、耐溶剂，是热固性高聚物。

3.什么是大分子链的柔顺性？答：大分子由于单键数目很大，因而使大分子的形状有无数的可能性（称为大分子链的构象），在受到不同外力时具有不同的卷曲程度，从而表现出很大的伸缩能力，该特性称为大分子链的柔顺性，即聚合物具有弹性的原因。

第三章作业

P50:1.

金属结晶的基本规律是什么？结晶过程是怎样进行的？答：金属实际结晶温度低于理论结晶温度，称为过冷现象；结晶中液态转变为固态的相变过程中有结晶潜热的放出；结晶过程包括晶核的形成和长大。

2.

过冷度与冷却速度有何关系？为什么金属结晶一定要有过冷度？它对晶粒大小有何影响？答：冷却速度越快，过冷度越大；过冷度是结晶的驱动力，没有过冷度，结晶和熔化同时进行，因而结晶不能进行到底；过冷度越大，晶粒越细。

Qα=（75-50）/（75-15）=41.7%；Q（α+β）=58.3%；

共晶体中α相与β相的质量分数：

α

（α+β）

β└────┴────┘

15

75

95

Qα=（95-75）/（95-15）=25%；Qβ=75%；

（2）合金成分WB=Qβ×50%+Q（α+β×50%=95%×50%+75%×50%=85%

4.计算共析反应温度时，珠光体中铁素体与渗碳体的相对量。解：

F

（F+Fe3C）

Fe└────┴────┘

0.0218

0.77

6.69

QF=（6.69-0.77）/（6.69-0.0218）=88.8%；QFe3C=11.2%

5.分析Wc为0.2%、0.6%、0.77%的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织，分别计算Wc为0.2%的铁碳合金在室温下相的相对量和组织相对量。答：0.2%合金结晶过程：①从液相中匀晶反应结晶出奥氏体；②完全凝固成单一奥氏体；③从奥氏体中二次析出铁素体；④剩余奥氏体共析反应转变成珠光体；⑤室温组织是铁素体和珠光体。0.6%合金结晶过程类似于0.2%合金。

0.77%合金结晶过程：①从液相中匀晶反应结晶出奥氏体；②完全凝固成单一奥氏体；③奥氏体共析反应转变成珠光体；④室温组织是珠光体。0.2%合金室温下相的相对量：

F

合金

Fe3

└────┴────┘

0.0008

0.2

6.69

QF=（6.69-0.2）/（6.69-0.0008）=97%；QFe3C=3%

组织的相对量

F

合金

P└────┴────┘

0.0008

0.2

0.77

QF=（0.77-0.2）/（0.77-0.0008）=74%；QP=26%；

7.纯铁的三个同素异构体是什么？晶体结构如何？答：1538℃--1394℃，δ1394℃--912℃，γ912℃以下，α-Fe第五章作业

P88：1.

试述金属经冷塑性变形后，其结构、组织与性能所发生的变化，分析发生变化的实质。答：金属经冷塑性变形后，结构和组织发生如下变化：晶格点阵发生畸变、晶粒被拉长甚至产生显微组织、晶粒破碎产生亚晶粒。性能的变化：金属的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，即产生加工硬化。变化的实质是塑性变形导致晶体内位错增殖，造成位错相互缠结，使位错运动困难，因而强度提高。

2.

试述加工硬化对金属材料的强化作用，这些变化有何实际意义？试举一些有用的例子和有害的例子来说明其利弊。答：加工硬化在生产中可用于低碳钢、有色金属等低强度材料中，来提高材料的强度和硬度；但加工硬化会导致材料的塑性、韧性下降，使变形变得困难，甚至导致工件开裂。如：冷拉钢丝中保留了加工硬化，使其强度提高；而拉深工艺中的工件底部被拉穿的现象就是由于加工硬化造成的。第六章作业P122：1.

珠光体类型组织有哪几种？它们在形成条件、组织形态和性能方面有何不同？答：组织形成条件组织形态性能普通珠光体A过冷至727~650层片状交替排列强度较高，塑性韧性较好索氏体A过冷至650~600较细的珠光体，片层更薄综合性能最好托氏体A过冷至600~550极细小的珠光体强度最好，韧性较好

2.

比较索氏体、托氏体、马氏体与回火托氏体、回火索氏体、回火马氏体之间在形成条件、组织形态和性能上的差别。答：

组织形成条件组织形态性能马氏体A过冷至230~-50针状或板条状硬度高托氏体A过冷至600~550极细小的珠光体强度好，较好的韧性索氏体A过冷至650~600较细的珠光体，片层更薄综合性能较好回火马氏体马氏体250℃极细碳化物+马氏体硬度高；回火托氏体马氏体350~550℃细粒状渗碳体+针状铁素体强度高，弹性好回火索氏体马氏体550~650℃细粒状渗碳体+多边形铁素体综合性能好，组织均匀

4．某汽车齿轮选用20CrMnTi制造，其工艺路线为：下料——锻造——正火——切削加工——渗碳——淬火——低温回火——喷丸——磨削。说